双水相萃取技术及其应用

题目：双水相萃取技术及其应用

学院：化学化工学院

专业：生物工程班级：0801 学号：200806030106 学生姓名：李夫

教师姓名：谢涛

完成日期：2011年10月30日

双水相萃取技术及其应用

摘要：介绍了双水相萃取技术(ATPE)的应用现状，综述了近年来取水相萃取技术的相关研究进展。针对双水相系统(ATPE)的经济适用性问题，对新型A TPS相组成材料的研究取得了极大的发展；为了提高双水相萃取技术的选择性和分离效率，在组成传统ATPS的聚合物上偶联亲和配基的亲和ATPS也得到关注；双水相萃取技术的发展趋势还体现在与其他生物分离技术的结合以及萃取机理和热力学模型的优化上。

关键词：双水相萃取;原理;应用

The Techniques and Application of the Aqueous Two-Phase

Extraction

Abstract：The applications of the aqueous two-phase extraction(ATPE) in the years were summarized, and the advances on the research of A TPE were reviewed The novel aqueous two-phase systems were developed by using the cheaper phase forming polymer. In order to improve the selective and separation efficiency，the affinity extraction using aqueous two-phase systems(ATPS) which links affinity ligand to polymer In traditional A TPS got progressed. The integration with related techniques was also the development direction of A TPE, which overcame some shortcomings in the single A TPE. Although the application of the extraction equipments and continuous operation technique in A TPE indicated that the industrializations of APTE were growing up, establishing the thermodynamic model and theories about the partioning of solute in A TPS need to be optimized.

Key words: aqueous two-phase extraction; principle; application

双水相萃取(Aqueous two-phase extraction，AIPE)技术始于20世纪印年代，从1956年瑞典伦德大学的Albensson发现双水相体系到1979年德国GBF的Kula等人将双水相萃取分离技术应用于生物产品分离，虽然只有20多年的历史，但由于其条件温和，容易放大，可连续操作，目前，已成功地应用于蛋白质、核酸和病毒等生物产品的分离和纯化，双水相体系也已被成功的应用到生物转化及生物分析中。双水相技术作为一种新型的分离技术，因其体积小，处理能力强，成相时间短，适合大规模化操作等特点，已经越来越受到人们的重视。双水相萃取技术作为一种新型的萃取分离技术，有着很多的优点，但也存在着一定的局限性。一是成相聚合物的价格，如PEG/Dextran体系，葡聚糖比较昂贵，而且体系黏度大。[1]

1 双水相萃取简介

1.1 双水相的形成

双水相体系的形成主要是由于高聚物之间的不相溶性，即高聚物分子的空间阻碍作用，相互无法渗透，不能形成均一相，从而具有分离倾向，在一定条件下即可分为二相。一般认为只要两聚合物水溶液的憎水程度有所差异，混合时就可发生相分离。与一般的水一有机溶剂体系相比较，双水相体系中两相的性质差别较小。由于折射率的差别甚小，有时甚至都难于发现它们的相界面。两相间的界面张力也很小，仅为10-6～100N·m -1(一般体系为10-3～10-2N·m -1)。界面与试管壁形成的接触角几乎是直角。常用高聚物体系如表1所示：

表1 各种常用双水相系统[1]

1.2 萃取原理

双水相萃取与水一有机相萃取的原理相似，都是依据物质在两相问的选择性分配，但萃

聚合物1 聚合物2或盐 聚合物1 聚合物2或盐 丙二醇

乙基羟乙基纤维素

聚丙二醇 聚乙二醇 聚乙烯吡咯烷酮 甲氧基聚乙二醇

聚乙烯醇或聚乙烯吡

咯烷酮

甲基聚丙二醇 聚乙二醇 聚乙烯醇 聚乙烯吡咯烷酮 羟丙基葡聚糖

葡聚糖 葡聚糖 硫酸钾

甲基纤维素 葡聚糖 羟丙基葡聚糖

聚乙二醇

羟丙基葡聚糖 聚乙二醇

甲基纤维素

聚乙烯醇 聚乙烯吡咯烷酮

葡聚糖 聚蔗糖 葡聚糖 硫酸镁 硫酸铵 硫酸钠 甲酸钠 酒石酸钾钠

葡聚糖 羟丙基葡聚糖

取体系的性质不同。当物质进入双水相体系后，由于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等)的存在和环境的影响，使其在上、下相中的浓度不同。分配系数K等于物质在两相的浓度比，各种物质的K值不同(例如各种类型的细胞粒子、噬菌体等分配系数都大于100或小于0.01，酶、蛋白质等生物大分子的分配系数大致在0.1~10之间，而小分子盐的分配系数在1.0左右)，因而双水相体系对生物物质的分配具有很大的选择性。成相聚合物的相对分子质量和浓度是影响分配系数的重要因素，若降低聚合物的相对分子质量则蛋白质易分配于富含该聚合物的相中成相聚合物的浓度越高，蛋白质越容易分配于其中的某一相水溶性两相的形成条件和定量关系常用相图来表示，以PEG/Dextran体系的相图为例(图l)，这两种聚合物都能与水无限混合，当它们的组成在图1曲线的上方时(用M点表示)体系就会分成两相，分别有不同的组成和密度，轻相(或称上相)组成用T点表示，重相(或称下相)组成用B表示。C为临界点，曲线TCB称为结线，直线TMB称为系线。结线上方是两相区，下方是单相区。所有组成在系统上的点，分成两相后，其上下相组成分别为T和B、M点时两相T 和B的量之间的关系服从杠杆定律，即T和B相重量之比等于系线上MB与MT的线段长度之比。[2]

PEG/%(W)

Dextran

图1 PEG/Dextran体系相图

1.3 双水相萃取的特点

双水相萃取是一种可以利用较为简单的设备，并在温和条件下进行简单操作就可获得较高收率和纯度的新型分离技术。与一些传统的分离方法相比，双水相萃取技术具有以下独有的特点：

(1)两相间的界面张力小，一般为10-7~10-4mN·m-1(一般体系10-3~2×10-2mN·m-1)，因此两